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锅炉烟道气脱硫除尘超重机的工程应用 ＊ 陈明功 安徽理工大学化学工程系, 安徽 淮南 232001 摘要 中小型锅炉烟道气脱硫除尘超重机是一种新型的高效脱硫除尘一体化技术, 该设备体积小、效率高, 操作方便、 维修简单。在此论述中小型锅炉烟道气脱硫除尘超重机的工程原理和设计方案, 讨论在设计和操作过程中存在的一 些主要问题及解决措施。 关键词 烟道气 脱硫 除尘 超重机 ＊国家自然科学基金资助项目 20576001 ; 安徽省科技公关计划项 目中小型锅炉烟道气脱硫除尘超重机 06012146H 0 引言 目前我国热电行业采用的大多为 35、75 t h 锅 炉,烟道气的净化主要采用麻石水膜除尘器或者是经 过改造的除尘脱硫一体化水洗塔等脱硫设备 ,随着我 国二氧化硫排放标准的进一步提高 ,对该类锅炉烟道 气的净化也提出了更高要求。热电厂锅炉大部分用 于城市供热,距市区较近 ,用地紧张 ,设备安装空间有 限; 因此大型脱硫设备在热电行业中的广泛应用受到 一定程度的限制 ,并且火电厂大型脱硫技术投资费用 较高。为此迫切需要体积小、效率高, 适合热电行业 高效脱硫除尘的技术和设备。在此将结合工程实例 论述脱硫除尘超重机在热电厂锅炉脱硫除尘改造工 程中的应用。 热电厂锅炉型号为 UG- 35 3. 82- M, 年运行时间 300 d ,锅炉蒸发量 35 t h ,耗煤量 90 t d。其燃烧煤质 为 含硫 0. 8～ 1、含碳 50左右、灰分 18～ 23。风机型号 Y4-73 -11 NO12D; 风机额定全压 2 740 Pa。 烟气 温度 160 ℃, 烟气中 SO2浓 度为 2 200 mg L左右 、粉尘浓度为 20 g m 3 , 空气过剩系数 1. 55。原采用文丘里水膜除尘设施, 已具有沉淀池。 工程改造后要求脱硫率在 85以上, 除尘率在 98 以上 。 1 工程原理及方案 1. 1 工程原理 锅炉烟道气不仅含有固体粉尘 ,也含有二氧化硫 等废气。目前电厂锅炉烟道气的主要除尘方法有静 电除尘器、布袋除尘器等 ; 上述方法虽然具有较好的 除尘功能 ,但是不能脱除其中的有害气体。湿法除尘 虽然有一定的除尘效果, 也能同时脱除部分二氧化 硫,但用水量较大。烟气脱硫除尘超重机则具有良好 的除尘、 脱硫一体化功能 。锅炉高效脱硫除尘超重机 结构见图 1。 1进液管; 2法兰软密封; 3手孔; 4封头; 5中心转轴支撑架; 6壳体; 7排液口; 8碟片; 9具有碟片和开孔的中心转轴; 10密封填料; 11联轴器; 12调速电机; 13烟气进口; 14烟气出口。 图 1 锅炉高效脱硫除尘超重机结构示意图 烟气脱硫除尘超重机是能够产生超重力场的机 械设备。超重力场由旋转产生 ,它是一种利用离心力 强化传递和混合过程的新型技术。超重机能够产生 稳定、可调的超重场 , 用离心力取代重力强化传质过 程,体积传质系数可增大至普通填料塔的数十倍甚至 上百倍。液体在超重力场作用下,由于受到巨大的剪 切力的作用 ,表面被迅速更新, 产生巨大的相间接触 面积 ,因此 ,极大地提高传质和脱硫反应速率 。 旋风除尘器是靠旋转离心力促使气固两相分离, 气流旋转的理论最大值 ≯5 周 , 除尘效率一般可达 85左右 。超重机强制含尘气体每分钟旋转数百周, 因此极大提高烟道气的除尘效率。用超重机代替传 统的除尘设备 如旋风除尘器等 ,不仅具有良好的机 械运转稳定性、可靠性、 长期性和易于维修等优点 ,而 且具有更高的除尘效率和更低的成本 。由于超重机 51 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 具有一定的抽吸功能 ,对整个系统产生的阻力较小; 因此, 采用超重机不仅可以实现脱硫除尘一体化, 同 时也不需要更换原来的风机, 不影响原工作系统。同 时,其占地面积小,特别适合老锅炉的除尘脱硫改造。 脱硫超重机与脱硫塔相比具有独特的优点 ①传质强 度高 ,可大幅度减小设备体积 ,即减少设备投资; ②停 留时间短 ; ③ 不怕振动和倾斜 ; ④ 不易起泡; ⑤持液量 小; ⑥易于维修 、 开停车方便等 。 该方法脱硫除尘经济节能 、安装简便 ; 工艺布置 合理, 无二次污染; 设备可在不改变原有工艺和不停 产的条件下安装 ; 效率高, 治理后的气体含尘量 150 mg m 3 ,达到国标大气污染物排放标准要求 ; 同时 具有较高的 SO2、 HF 等废气去除率 ; 阻力损失小, 不 需要更换原有风机; 与同等除尘效率的其它设备相比 投资少,运行费用低 。 1. 2 设计方案 [ 1] 在高速旋转的超重离心场中, 固体粒子的绝对加 速度等于 3 种加速度之和 J J′JCJK 1 式中 J 绝对加速度 ; J′ 取决于运动性质的相对加速度; JC 迁移加速度; JK 柯氏加速度 。 而固体粒子在径向方向上也受到 3 个力的作用 , 即惯性离心力、 向心力和运动阻力。根据牛顿第二定 律知,颗粒在径向任意位置处离心沉降的最小直径为 dmin 3 4 ξ r u 2 r ν 2 ρ ρ S-ρ 2 由式 2 知 ,若增大切向速度 ν 或减小半径r , 都将进 一步捕获更小的颗粒, ξ 则与旋转相对运动的雷诺数 有关 。 高效脱硫除尘超重机的设计方案为 脱硫液 如 石灰水 沿轴向由空心轴进入超重机, 轴上按一定间 距布置带有筛孔的叶片, 叶片上具有导向装置 。调速 电机为动力 ,经传动装置该轴高速旋转 , 即形成超重 力场 。该脱硫除尘超重机分两部分 ,第一部分为雾化 段,轴上开有小孔 , 液体从小孔喷出, 形成水雾或水 膜,用于湿润和粘附粉尘颗粒 ; 喷出的碱性液体 石灰 水 液雾、液膜与 SO2发生反应, 达到脱硫的目的。第 二部分为除雾段 ,轴上无孔,仅有叶片, 促使气体中的 液相离心分离, 避免气体带水 。锅炉中排放的烟道气 沿轴向进入超重床 ,当遇到高速旋转的叶片时 ,气体 经筛孔向前流动 ,固体粉尘将被离心力甩至器壁, 既 使较细的粉尘被水润湿后经粘附,粒径也会增大。或 被后继的多级高速旋转的叶片所捕获,从而达到高效 除尘的目的 。净化后的气体经筛孔由导管引出,捕获 的粉尘和喷出的液体从超重床底部排出 。该脱硫除 尘一体化超重机用水量很少, 可以不考虑传统湿法的 水处理问题 。工艺流程见图 2。 1烟气出口; 2电脑记录仪; 3SO2在线检测仪; 4超重机; 5烟气进口; 6调速电机; 7调节阀; 8流量计; 9循环泵; 10石灰水贮槽; 11中间贮槽; 12石灰水进口; 13液体出口; 14渣浆泵; 15脱水设备。 图 2 锅炉高效脱硫除尘一体化工艺流程图 2 几个关键问题 2. 1 腐蚀 、 磨损问题 烟气中因含有大量固体粉尘,在高速旋转的气流 中,该固体颗粒不断冲刷 、 磨损设备内表面,会造成设 备内部产生局部磨蚀; 由于脱硫液呈碱性 ,在水存在 的环境条件下, 在金属表面形成原电池 , 会对金属设 备产生电化学腐蚀; 由于尾气中SO2等酸性气体的存 在,将对金属产生酸性腐蚀。 在本工程实践过程中 ,设备内外壁均采用高效防 腐材料,不仅耐酸、 碱 、 盐雾腐蚀,而且耐温性良好 ,可 以耐水长期浸泡 。该材料膨胀系数与基材基本一致, 因此不会发生起壳、脱落等现象 [ 2] 。 2. 2 结垢问题 在脱硫除尘超重机设计及运行过程中,为防止结 垢采取的措施是在设备内易结垢处安装冲洗喷头 ,防 止垢层积累 。在一些特定部位设计人孔和手孔,便于 清除积垢和维修。特别是增大超重机底部废水排出 管直径 ,并设计成 U 型 ,预留人孔 ,既形成液封 ,又便 于清除沉淀 。 2. 3 减震问题 为保证整套装置能够顺利运行 ,特别是保证脱硫 52 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 除尘超重机在高速运转过程中的动态平衡,必须采用 合理的减震技术 ,其中几个关键控制点为 ①调整叶 片的静、 动平衡 ; ② 支撑安装减震装置; ③ 转子安装定 向导轮; ④优化结构设计等。 2. 4 密封问题 在脱硫除尘超重机中轴承的密封非常重要,因为 既要保证转子的高速运行 ,又要防止气体或液体从轴 承处泄露 。在本设备制造过程中采用法兰密封轴承 和机械密封措施 ,有效地解决了密封问题。 3 结论 中小型锅炉烟道气脱硫除尘超重机能够适应目 前我国热电厂中小型锅炉的脱硫除尘, 与传统湿法烟 气净化脱硫除尘塔相比, 该设备体积小 、 效率高,操作 方便 、 维修简单 ,是一种新型的高效一体化技术。但 该技术在试用过程中也存在设备腐蚀、结垢、震动 、 密 封等问题, 因此在该设备的设计、制造和安装施工等 环节, 必须采取相应的措施 ,完善脱硫除尘超重机的 性能 。 参考文献 [ 1] 荚江霞, 陈明功, 张军等. 碟片超重床结构对烟道气中 CO2脱除 率的影响. 安徽理工大学学报 自然科学版 , 2006, 26 3 70 -72. [ 2] 陈明功. 锅炉烟道气脱硫除尘设备防腐的研究. 环境保护, 1999, 3 17-18. 作者通讯处 陈明功 232001 安徽省淮南市 安徽理工大学化学工 程系 电话 0554 6668485 E -mail mgchenaust . edu. cn 2006- 10-19 收稿 非稳态条件下生物滴滤塔净化甲苯废气的实验 ＊ 张书景 李 坚 李依丽 金毓 孙 莉 北京工业大学环境与能源工程学院, 北京 100022 摘要 在接近于工业应用的非稳定条件下, 以陶粒为填料, 恶臭假单胞菌为单一菌源, 甲苯为目标污染物, 对生物滴滤 塔的抗负荷冲击与抗饥饿能力进行研究。 结果表明, 停留时间及进气污染负荷的瞬间变化不会造成滤塔处理性能明 显下降, 仅为 7左右, 12 h内基本恢复, 最大去除能力为136. 49 g m3h; 碳源与氮源的突然中断以及短期的闲置, 对 滤塔处理性能的影响均较小; 填料层中水分的含量是影响滤塔处理性能的一个重要因素。 关键词 生物滴滤塔 甲苯 非稳态条件 负荷冲击 饥饿 ＊北 京市 自然 科学 基金 8052004 , 北 京工 业大 学青 年基 金 97005013200402 0 引言 采用生物滴 滤法去除挥发性有 机物 VOCs, volatile organic compounds 是近年来的研究热点, 目 前,大量的研究集中在稳定工况下 ,填料的优选、 目标 污染物 、反应机理、降解菌及生物膜等内容的研究 上 [ 1- 4] , 在实际工业生产中 ,环境条件的变化以及废气 排放量的不稳定性均会导致废气浓度随时间瞬时变 化; 设备的维修或定期维护 ,周末或假期时的关闭均 会使处理系统处于闲置或菌种饥饿状态 , 有研究表 明 [ 7] ,闲置期后的启动恢复是生物滴滤系统设计和操 作的一个重要因素 。 仅一小部分学者对瞬间变化负 荷工况下及运行突然被中断等情况发生后生物滴滤 装置处理性能变化进行研究 [ 5-7] 。同济大学的羌宁等 在控制环境温度维持在一定范围的条件下,研究填料 具有一定吸附性能的生物滴滤塔抗负荷变化及缓冲 能力 [ 8] 。 本实验以陶粒作为生物滴滤塔填料 ,采取恶臭假 单胞菌作为单一菌源制备菌悬液挂膜,采用气液逆流 操作方式, 对含甲苯废气进行净化处理研究。 1 实验材料与方法 1. 1 实验装置 生物滴滤塔净化甲苯废气的实验装置如图 1 所 示。生物滴滤塔由内径150 mm的有机玻璃管制成, 总高为1 000 mm , 其中填料层高度为680 mm, 共分为 53 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 recycled liquid density was 0. 05～ 0 . 9 m3 m2h , hydrogen sulfide, ammonia and trimethylamine removal efficiency was about 100, 99. 2 and 99. 4 separately. The results of analysis by scanning electron microscope show that Paracoccus and Thiobacillus are the dominant bacteria during the purification. Keywords biological packed column, odor, hydrogen sulfide, ammonia, trimethylamine, removal efficiency PERANCE EXPERIMENT ON AEROBIC BIODEGRADATION OF BENZENE, TOLUENE AND XYLENE BY FUNGUS TRICHODERMA VIRIDE PERS . EX FR Hou Chentao Ma Guangda 45 Abstract The degradation perance of benzene, toluene and xylene by fungus Trichoderma viride Pers. ex Fr were studied. The experimental results showed that the biodegradation rate of benzene, toluene and xylene increasedwith increasing of their initialgas concentrations; when concentrations of them were 47. 25～ 1 677. 47 g m3, 64. 70～ 1 258. 50 g m3and 20. 59～ 1 707. 85 g m3respectively, the biodegradation rate of toluene and benzene accorded with the Monod equation, while that of xylene accorded with first -order reaction. Keywords toluene, benzene, xylene, aerobic biodegradation and fungus RESEARCH ONDUST-REMOVING CONTROL STRATEGY FOR BAG TYPE COLLECTORWITH LOW-PRESSURE PULSEChang Hongjie Zhang Xinju Wang Huizhen 48 Abstract The process of dust -removing and effect factors are analyzed based on theory. Aiming at the disadvantage of traditional control ways and new problem because of frequency variation and speed regulation, fuzzy control strategy is brought forward. Firstly, resistance reference of dust remover ismodified fuzzily according to variationof flow rate; next, fuzzy controller according to flow rate and resistance deviation deduces pulse interval. The design process of fuzzy controller is introduced in detail. whose effect of application is good. Keywords dust remover, dust -removing, resistance and fuzzy control THE ENGINEERING APPLICATIONOF HIGH -GRAVITY MACHINETO DE -SULFURIZE ANDDE- DUST FROM FLUE GASChen Minggong 51 Abstract The high -gravity machine is a new technology of desulfurization of flue gases from medium and small -sized boilers with high efficiency, which is characterized by small volume of equipment, high efficiency, convenient operation and simple maintenance. Engineering principle and design scheme of this technology were illuminated, and some main problemsexisted in the course of design andfunctionwere brought forward and relevant solve measureswere discussed in this paper. Keywords flue gas, desulfurization, removing dust and high-gravity machine EXPERIMENT ON PURIFYING TOLUENE IN A BIO-TRICKLING FILTER UNDER TRANSIENT CONDITIONSZhang Shujing Li Jian Li Yili et al 53 Abstract The removal of toluene from an artificial waste gas was investigated in a laboratory scale bio -trickling filter packed with biologic ceramic pellets under transient conditions, whichwas the typical character of industrial operation. The bio -trickling filter was inoculated with pure bacterial culturePseudomonas Putida. The resistance ability to loading change and starving was studied. The results indicated that the bio- trickling filter had a high flexibility of the loading change, and the removal efficiency of the filter was not obviously influenced by the change of residence time and inlet concentration and only decreased 7 in the beginning, it can regain the original removal efficiency within 12 h. The maximum volumetric removal rate of 136. 49 g m3hwas achieved. The periods of nitrogen and carbon starvation or complete system shutdown had little influence on the filter perance. The water content in the bed played an important role on the bio -degradation process of the organic compounds. Keywords bio -trickling filter, toluene, transient conditions, loading shock and starvation GAS CLEAN TECHNIQUE WITHWATER SPRAYING CROSSWISE Chen Guoping Zhou Tianrui Sun Yifeng et al 57 Abstract The theory and s of water spraying crosswise to treat waste gas are introduced, aiming at the technical lack of current air decontamination. The technique not only keepsdown water -drop second breaked to piece, but avoids the hole block whichwill cause lower cleaning effect. at the same time, chemical additive are proportionally added into water, then, the soak energy of water for dust is improved, and the power for spaying and dust removal increased. Keywords first spray, second spray, clean, waste gas, chemical dust removal and chemical additive RECOVERY OF MANGANESE FROM SPENT PRIMARY BATTERY BY ELECTROCHEMICAL SLURRY LEACHING WITH ANION EXCHANGE MEMBRANE REACTOR Wei Qifeng Ren Xiulian Zhang Huiling et al 60 Abstract The technical parameters for recovery of manganese from spent primary battery by electrochemical slurry leaching were investigated. The experimental results indicated that the current density was 150 A m2, the acidity was 1. 0 mol L, the ratio of liquid to solid was 8∶ 1, and temperature was 20 ℃. Under this condution, the percent recovery was 25. 77 and the current efficiency was 101. 1. The leaching mechanicswas analyzed. Itwas concluded that the reaction velocity was controlled by both chemical reaction and diffusion before 1 h. And it was controlled by chemical reaction after 1 h. The activation energy was 52. 85 kJ mol. This can make the resource recycle and has environmental and economical benefits. Keywords primary zinc -manganese batteries, slurry electrolysis, manganese sulfate and reaction mechanism 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 3, Jun. , 2007
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